گرافن

قبل از یادگیری این مسئله که با گرافن چکار می توانیم بکنیم، باید بتوانیم بفهمیم که بر روی گرافن چه کارهایی می توانیم انجام دهیم.
همه جا گفته می شود که گرافن (صفحات کربنی) مواد معجزه آسای آینده هستند و بوسیله ی آنها می توان جلیقه های ضد گلوله ای با ضخامت یک تی شرت معمولی، درست کرد. آیا گرافن واقعاً می تواند این کار را انجام دهد؟ آیا با این ماده می توان سلول های خورشیدی شفاف مانند پنجره های معمولی، تولید کرد؟ جواب این سوال ها، مثبت است. در حقیقت گرافن می تواند این کارها را انجام دهد. این ماده شاید بتواند در تولید آسانسور فضایی که یکی از ایده های مطرح شده می باشد نیز یاری رسان باشد. مطالعه های اخیر از جمله کارهای کوهن و همکارانش در دانشگاه کرنل، نشان داده است که با ترکیب برش لیزری و روش های اریگامی و کوریگامی، می توان ساختار میکروسکوپی را از صفحات گرافیتی تولید کرد. این روش ها، در واقع برش و تازدن سنتی است که بر روی کاغذ، مورد استفاده قرار می گیرد. بنابراین، کجا می توان یک کلاه ضد گلوله خرید؟ بدبختانه، همانگونه که این ماده یک ماده ی با خواص جالب است، کار کردن با آن و با استفاده از روش های تولید سنتی، سخت است و این مسئله دلیل اصلی این موضوع است که ما هنوز این وسایل شگفت آور را در بازار مشاهده نمی کنیم.
گرافن یک ماده ی انعطاف پذیر و با تافنس بالاست، این ماده می تواند رسانای الکتریسیته باشد و رسانایی آن هزار برابر بهتر از سیلیکون (سنگ بنای وسایل الکترونیک امروزی) است. از صفحه ی گوشی های هوشمند گرفته تا واحدهای پردازش مرکزی، سیلیکون چیزی است که موجب می شود قطعات الکترونیکی، کار کنند. در اصل، یک گوشی هوشمند که در حقیقت با استفاده از گرافن ساخته می شود، تافنس بالاتری دارد، انعطاف پذیرتر، سریع تر و در نهایت بازده انرژی در آن بالاتر است. در حالی که تمام این موارد بسیار مهم به نظر می رسد، محققین ابتدا نیازمند آگاهی یافتن از نحوه ی ساخت چیزها با استفاده از گرافن هستند.
ایتای کوهن (Itai Cohen) می گوید: "محققین باید بفهمند که چگونه می توانند صفحات گرافنی را برش زده، چگونه آنها را تحت عملیات سایش قرار دهند و چگونه با اتصال آنها به هم، موجب تولید الگوهایی مناسب شوند". ایتای کوهن یک فیزیکدان از دانشگاه کرنل در نیویورک می باشد. امروزه، محققین در حال بررسی راه هایی هستند که بواسطه ی آنها بتوانند گرافن را دستکاری کنند اما آنها چگونه می توانند ساختارهایی را تولید کنند که از فولاد مستحکم ترند؟
مطالعه های اخیر از جمله کارهای کوهن و همکارانش در دانشگاه کرنل، نشان داده است که با ترکیب برش لیزری و روش های اریگامی و کوریگامی، می توان ساختار میکروسکوپی را از صفحات گرافیتی تولید کرد. این روش ها، در واقع برش و تازدن سنتی است که بر روی کاغذ، مورد استفاده قرار می گیرد.
کوهن همچنین می گوید: "موادی با خواص مکانیکی مختلف مزیت ها و محدودیت های مختلفی دارند". او همچنین اضافه می کند که "برای مثال، کشش این ماده خوب است اما به سختی می توان صفحات گرافنی را تا زد، برخلاف صفحه ی کاغذ".
دیووید نلسون، فیزیکدان دانشگاه هاروارد، روشی متفاوت اتخاذ کرده است. به جای تلاش به منظور تا کردن صفحات گرافنی در اشکال خاص، او و همکارانش می خواهند خواص مکانیکی گرافن را بواسطه ی ایجاد سوراخ در آنها، تغییر دهند. یافته های آنها در طی ماه های اخیر در کنفرانس جامعه ی فیزیکدانان آمریکا در لس آنجلس انتشار یافت.
نلسون می گوید: اگر توری های گرافنی بواسطه ی پانچ منظم سطح آنها ایجاد شود، می توان این بخش ها را در دماهای معینی مچاله کرد. بخش هایی از این تحقیق در مجله ی نیچر، به چاپ رسیده است.
از آنجایی که گرافن یک تک لایه از اتم های کربن به هم متصل است، در دماهای بالا، نوسان اتم های منفرد می تواند موجب سوراخ شدن پاره شدن صفحه شود مانند یک برگ دستمال کاغذی. صرفنظر از این مسئله که آیا پدیده، پدیده ای مفید است یا نه! این پدیده احتمالا می تواند مورد استفاده قرار گیرد. البته رسیدن به این پدیده در دماهای بالاتر از 30000 درجه ی فارنهایت، رخ می دهد.
نلسون و همکارانش به این نتیجه رسیده اند که با ایجاد توری های گرافنی مانند پارچه ی توری، آنها می توانند دما را به حدی کاهش دهند که در آن دما، صفحات گرفنی به خودی خود مچاله می شون و قابلیت تا خوردن پیدا می کنند. مدل محاسباتی آنها می تواند پیش بینی کند که در چه دمایی عمل تا خوردن بر روی یک گرافن با اندازه و دانسیته ی حفرات مشخص، رخ می دهد. در اصل، تحقیقات دیگری می تواند برای طراحی الگوهای با کارایی بالا انجام شود و بدین صورت، بتوان صفحات گرافنی را به شیوه ی خاص و در دماهای معین، تا کرد. همچنین قابلیت بازگشت به حالت اول در دماهای خاص وجود دارد، مشابه کتاب های سه بعدی.
کوهن می گوید: "در نهایت، ما می توانیم ربات هایی را توسعه دهیم که می توانند هم شنا کنند و هم راه بروند. فرض کنید که یک نانوربات با یک دست تولید شود که شما بتوانید از او بخواهید به یک بخش بپیچد و یا دوباره باز شود". در این کاربردها، گرافن موجب توسعه ی ماهیچه هایی شود که می تواند مولکول ها و سلول ها را دستکاری کنند.
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.
منبع :
https://www.insidescience.org